JP6441611B2 - ガスタービンの排気部材及び排気室メンテナンス方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機と燃焼器とタービンとを有するガスタービンにおいて、排気を処理するガスタービンの排気部材及び排気室メンテナンス方法に関するものである。

例えば、一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気にする。燃焼器は、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを得る。タービンは、この燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動する。

このガスタービンにおいて、タービンの下流側に円筒形状をなす排気部材が設けられている。この排気部材は、例えば、排気車室と排気室と排気ダクトが長手方向に連結して構成されている。そして、この排気車室と排気室は、ロータなどの内部構造物の組付性やメンテナンス性などを考慮して上下に２分割され、上下の分割面のフランジ部が複数の締結ボルトにより締結されることで円筒形状をなしている。また、排気車室と排気室は、排気ガスの流動時に、熱伸び差が発生することを考慮し、軸方向に相対的に移動可能に連結されている。このようなガスタービンとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２００９−１６７８００号公報

上述したように従来のガスタービンにおいて、この排気車室と排気室は、ガスタービンの運転時に内部に排気ガスが流動することで加熱され、軸方向や径方向に熱伸びが発生する。このとき、排気車室と排気室は、それぞれ上下に２分割された分割面で締結ボルトにより締結されていることから、特に、締結ボルトによる締結部で塑性変形が発生し、ガスタービンの停止後も、塑性ひずみが残存する。そして、排気車室と排気室を構成する各上部ケーシング同士が嵌着してしまい、取外すことが困難となる。すると、ガスタービンのメンテナンス作業を行うことができないという課題がある。また、排気車室と排気室の各上部ケーシングを取外すことができたとしても、各ケーシングが塑性変形していることから、再度組付けることができない。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ケーシングの取外しと取付けを容易としてメンテナンス性の向上を図るガスタービンの排気部材及び排気室メンテナンス方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のガスタービンの排気部材は、円筒形状をなして周方向に複数分割される第１ケーシングと、円筒形状をなして周方向に一体構成されて軸方向における前端部が前記第１ケーシングの軸方向における後端部に連結される第２ケーシングと、円筒形状をなして周方向に一体構成されて軸方向における前端部が前記第２ケーシングの軸方向における後端部に連結される第３ケーシングと、前記第２ケーシングの後端部と前記第３ケーシングの前端部とを軸方向に移動可能に支持する支持連結部と、を有することを特徴とするものである。

従って、周方向に分割される第１ケーシングに周方向に一体構成される第２ケーシングが連結され、この第２ケーシングに周方向に一体構成される第３ケーシングが支持連結部により連結される。支持連結部により、第３ケーシングは第２ケーシングに対して軸方向に相対的に移動可能に支持される。ガスタービンの運転時に、各ケーシングが内部に流動する燃焼ガスにより加熱され、軸方向及び径方向に異なる量の熱伸びが発生すると、異なる量の塑性変形が内部応力として残存するおそれがある。しかし、第２ケーシングと第３ケーシングは、周方向に一体構成されていることから、冷却後には元の形状に戻ることとなり、両者が嵌着することはなく、支持連結部による軸方向の円滑な移動が可能となる。そのため、第１ケーシングが上下に分割されていることにより第１ケーシングの上部側を容易に取外すことができると共に、第２ケーシングと第３ケーシングを容易に分離することができ、各ケーシングの取外しと取付けを容易としてメンテナンス性の向上を図ることができる。

本発明のガスタービンの排気部材では、前記第２ケーシングの前端部は、前記第１ケーシング内に配置される回転軸の後端部より後方に配置されることを特徴とする。

従って、第２ケーシングの前端部が回転軸の後端部より後方に配置されることで、第１ケーシングの上部側を取外した後、第２ケーシングが邪魔することなく、回転軸を容易に上方に移動することができる。また、第１ケーシングと第２ケーシングの締結部の締結を解除した後、回転軸が邪魔することなく、第２ケーシングを容易に上方に移動することができる。

本発明のガスタービンの排気部材は、円筒形状をなして周方向に複数分割されて軸方向における前端部が前記第３ケーシングの軸方向における後端部に連結される第４ケーシングが設けられることを特徴とする。

従って、第３ケーシングの後端部に周方向に複数分割される第４ケーシングの前端部を連結することで、第３ケーシングに対して第４ケーシングの上部側を取外すことで、第３、第４ケーシングを取外すことなく、容易に内部のメンテナンスを行うことができる。

本発明のガスタービンの排気部材は、前記支持連結部に前記第２ケーシングと前記第１ケーシングとの隙間をシールするシール部材が設けられることを特徴とする。

従って、シール部材により支持連結部からの燃焼ガスの漏洩を防止することができる。

本発明のガスタービンの排気部材は、前記第１ケーシングは、後端部にリング形状をなす第１フランジ部が設けられ、前記第２ケーシングは、前端部にリング形状をなす第２フランジ部が設けられ、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部の一方に複数の貫通孔が周方向に沿って形成され、他方に径方向に沿う複数の長孔が周方向に沿って形成され、締結ボルトは、前記貫通孔に貫通すると共に前記長孔に挿通され、前記長孔に隣接して付勢部材が介装され、前記締結ボルトの先端ねじ部に締結ナットが螺合されることを特徴とする。

従って、第１ケーシングと第２ケーシングとの間で径方向における熱伸び差が発生すると、第１フランジ部と第２フランジ部が径方向にずれ、締結ボルトに対して径方向のせん断力が作用する。しかし、締結ボルトは、十分な強度を確保することができる軸部が貫通孔に貫通していることから、この締結ボルトの破断を抑制することができる。

本発明の排気室メンテナンス方法は、円筒形状をなして周方向に複数分割される第１ケーシングと、円筒形状をなして周方向に一体構成されて軸方向における前端部が前記第１ケーシングの軸方向における後端部に連結される第２ケーシングと、円筒形状をなして周方向に一体構成されて軸方向における前端部が前記第２ケーシングの軸方向における後端部に連結される第３ケーシングと、前記第２ケーシングの後端部と前記第３ケーシングの前端部とを軸方向に移動可能に支持する支持連結部と、を有し、前記第２ケーシングの前端部が前記第１ケーシング内に配置される回転軸の後端部より後方に配置されるガスタービンの排気部材のメンテナンス方法であって、前記第１ケーシングの分割部の締結を解除する工程と、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングの締結を解除する工程と、前記第１ケーシングの分割部を取外す工程と、を有することを特徴とするものである。

従って、第１ケーシングの上部側を取外した後、第２ケーシングが邪魔することなく、回転軸を容易に上方に移動することができる。

本発明のガスタービンの排気部材及び排気室メンテナンス方法によれば、周方向に複数分割される第１ケーシングに周方向に一体構成される第２ケーシングを連結し、第２ケーシングに周方向に一体構成される第３ケーシングを軸方向に移動可能に連結するので、第２ケーシングと第３ケーシングとの円滑な移動を可能とし、各ケーシングの取外しと取付けを容易としてメンテナンス性の向上を図ることができる。

図１は、本実施形態のガスタービンの排気部材を表す断面図である。 図２は、内側ディフューザと内筒との連結部に設けられたシール部材を表す断面図である。 図３は、図２のIII−III断面図である。 図４は、図２のIV−IV断面図である。 図５は、内側ディフューザとシール部材との連結部を表す断面図である。 図６は、ガスタービンの全体構成を表す概略図である。 図７−１は、本実施形態のガスタービンの排気部材を概念的に表す概略図である。 図７−２は、本実施形態の排気室メンテナンス方法を概念的に表す概略図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービンの排気部材及び排気室メンテナンス方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図６は、本実施形態のガスタービンの全体構成を表す概略図である。

本実施形態において、図６に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービン１０は、ロータ（回転軸）３２の外側に軸心Ｃの方向（以下、軸方向）に沿って圧縮機１１とタービン１３が配置されると共に、圧縮機１１とタービン１３との間に複数の燃焼器１２が配置されている。そして、ガスタービンは、同軸上に図示しない発電機（電動機）が連結され、発電可能となっている。

圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と複数の動翼２４が空気の流動方向（軸心Ｃ方向）に交互に配設されており、その外側に抽気室２５が設けられている。この圧縮機１１は、空気取入口２０から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、燃焼器１２に供給する。圧縮機１１は、同軸上に連結された電動機により起動可能となっている。

燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮されてタービン車室２６に溜められた高温・高圧の圧縮空気と燃料が供給され、燃焼することで、燃焼ガスを生成する。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と複数の動翼２８が燃焼ガスの流動方向（軸方向）に交互に配設されている。そして、このタービン車室２６は、下流側に排気車室２９を介して排気室３０が配設されている。この排気室３０は、タービン１３に連結する排気ディフューザ３１を有している。タービン１３は、燃焼器１２からの燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動可能となっている。

圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３は、内部に排気室３０の中心部を貫通するように軸方向に沿ったロータ３２が配置されている。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転可能に支持されると共に、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転可能に支持されている。そして、ロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定されている。また、ロータ３２は、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されている。そして、ロータ３２は、空気取入口２０側の端部に発電機の駆動軸が連結されている。

そして、このガスタービン１０は、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。

そのため、圧縮機１１にて、空気取入口２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。タービン１３にて、燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３における複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。そして、タービン１３を駆動した燃焼ガスは、排気ガスとして大気に放出される。

このように構成されたガスタービン１０にて、円筒形状をなす排気部材として、タービン車室２６と排気車室２９と排気室３０が設けられている。

図１は、本実施形態のガスタービンの排気部材を表す断面図である。なお、ガスタービン１０における燃焼ガス（排気ガス）Ｇの流動方向は、ロータ３２の軸方向（軸心Ｃの方向）に沿うものであり、以下の説明では、燃焼ガスＧの流動方向の上流側を前側（前方）と称し、燃焼ガスの流動方向の下流側（後方）を後側と称する。

図１に示すように、タービン車室２６は、円筒形状をなし、複数の静翼２７と動翼２８が軸方向に沿って交互に配設されており、燃焼ガスＧの流動方向の下流側に排気車室２９が配置されている。排気車室２９は、円筒形状をなし、燃焼ガスＧの流動方向の下流側に排気室３０が配置されている。この排気室３０は、円筒形状をなしている。そして、排気車室２９と排気室３０は、熱伸びを吸収可能な排気室サポート４１により連結されている。また、排気室３０は、前部排気室４２と後部排気室４３とにより構成され、前部排気室４２と後部排気室４３は、熱伸びを吸収可能なエキスパンションジョイント（伸縮継手）４４により連結されている。

タービン車室２６は、内周部に燃焼ガスＧの流動方向に所定間隔をあけて翼環４５が固定されている。ロータ３２は、外周部に複数のディスク４８が一体に連結されてなり、動翼２８は、周方向に均等間隔で配置され、基端部がディスク４８の外周部に固定されている。

静翼２７は、周方向に均等間隔で配置され、径方向における内側の端部がリング形状をなす内側シュラウド４９に固定され、径方向における外側の端部がリング形状をなす外側シュラウド５０に固定されている。外側シュラウド５０は、翼環４５に支持されている。

排気車室２９は、その内側に円筒形状をなす排気ディフューザ３１が配置されている。この排気ディフューザ３１は、円筒形状をなす外側ディフューザ５１と内側ディフューザ５２がストラットシールド５３により連結されて構成される。このストラットシールド５３は、円筒形状または楕円筒形状などの中空構造をなし、径方向に対して周方向に所定角度だけ傾斜しており、排気ディフューザ３１の周方向に均等間隔で複数設けられている。そして、内側ディフューザ５２は、内周部に軸受箱５４により軸受部３４が支持され、軸受３４によりロータ３２が回転可能に支持されている。ストラットシールド５３は、内部にストラット５５が配設されている。ストラット５５は、径方向における内側の端部が軸受箱５４に固定され、径方向における外側の端部が排気車室２９に固定されている。なお、ストラットシールド５３は、外部から内部の空間に冷却空気が供給可能となっており、排気ディフューザ３１を冷却することができる。

排気ディフューザ３１の外側ディフューザ５１は、後端部がディフューザサポート５７により排気車室２９に連結されている。ディフューザサポート５７は、短冊形状をなし、軸方向に沿って延設されると共に、周方向に複数所定の間隔で並設されている。このディフューザサポート５７は、一端部が排気車室２９に締結され、他端部が外側ディフューザ５１に締結されている。ディフューザサポート５７は、排気車室２９と排気ディフューザ３１との間で、温度差により熱伸びが発生したときに変形してその熱伸びを吸収可能となっている。排気車室２９は、ディフューザサポート５７を外側から被覆するように設けられており、排気車室２９の後端部と外側ディフューザ５１の後端部との間にガスシール５８が設けられている。

排気室３０の前部排気室４２は、円筒形状をなす外筒５９と内筒６０が中空ストラット６１により連結されて構成され、この中空ストラット６１は、円筒形状や楕円筒状などの中空構造をなし、排気室３０の周方向に均等間隔で複数設けられている。中空ストラット６１は、排気室３０の外筒５９側において開口しており、中空ストラット６１の内部は、大気に連通している。

排気車室２９の後端部と前部排気室４２は、排気室サポート４１により連結されている。排気ディフューザ３１と前部排気室４２とは、外側ディフューザ５１の後端部と外筒５９の前端部が近接して対向すると共に、内側ディフューザ５２の後端部と内筒６０の前端部とが接近して対向している。外側ディフューザ５１と外筒５９は、燃焼ガスＧの流動方向の下流側に向けて拡径しているが、内側ディフューザ５２と内筒６０は、燃焼ガスＧの流動方向の下流側に向けて同径となっている。排気室サポート４１は、短冊形状をなし、軸方向に沿って延設されると共に、周方向に複数所定の間隔で並設されている。また、排気室サポート４１は、前端部が排気車室２９に締結され、後端部が前部排気室４２の外筒５９に締結されている。

また、内側ディフューザ５２の後端部と内筒６０の前端部との間にシール部材６４が設けられている。排気室サポート４１は、排気車室２９と排気室３０との間で温度差により熱伸びが発生したとき、変形することでその熱伸びを吸収可能となっている。また、シール部材６４は、排気車室２９と排気室３０との間で温度差により熱伸びが発生したとき、軸方向に相対的に移動することでその熱伸びを吸収可能となっている。

ここで、このシール部材６４について詳細に説明する。図２は、内側ディフューザと内筒との連結部に設けられるシール部材を表す断面図、図３は、図２のIII−III断面図、図４は、図２のIV−IV断面図、図５は、内側ディフューザとシール部材との連結部を表す断面図である。

図２から図４に示すように、内側ディフューザ（第１ケーシング）５２は、周方向に複数分割（本実施形態では、２分割）された上部ケーシング７１と下部ケーシング（図示略）から構成され、水平部の分割面に設けられたフランジ部が締結ボルトに締結されることで円筒形状をなしている。内筒（第４ケーシング）６０は、周方向に複数分割（本実施形態では、２分割）された上部ケーシング７２と下部ケーシング（図示略）から構成され、水平部の分割面に設けられたフランジ部が締結ボルトに締結されることで円筒形状をなしている。シール部材６４は、第１シールハウジング（第２ケーシング）７３と、第２シールハウジング（第３ケーシング）７４と、支持連結部７５とから構成されている。

第１シールハウジング７３は、円筒形状をなして周方向に一体形成され、周方向に分離可能な分割面のない構成であり、軸方向における前端部が内側ディフューザ５２の軸方向における後端部に連結されている。第２シールハウジング７４は、円筒形状をなして周方向に一体形成され、周方向に分離可能な分割面のない構成であり、軸方向における後端部が内筒６０の軸方向における前端部に連結されている。支持連結部７５は、第１シールハウジング７３の後端部と第２シールハウジング７４の前端部とを径方向に拘束し、軸方向に相対的に移動可能に支持するものである。

図４及び図５に示すように、内側ディフューザ５２は、後端部に径方向における内側に折曲する第１フランジ部８１が周方向に沿って設けられ、第１フランジ部８１に周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で複数の貫通孔８１ａが形成されている。第１シールハウジング７３は、前端部に径方向における内側に折曲する第２フランジ部８２が周方向に沿って設けられ、第２フランジ部８２に周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で複数の切欠部８２ａが形成されている。切欠部８２ａは、貫通孔８１ａより大径の円弧を有し、第２フランジ部８２の内周側に開放されている。また、貫通孔８１ａと切欠部８２ａは、周方向における同位置に形成されている。

内側ディフューザ５２の第１フランジ部８１は、第１シールハウジング７３の第２フランジ部８２に密着し、第１フランジ部８１の各貫通孔８１ａと第２フランジ部８２の各切欠部８２ａが一致している。締結ボルト８３は、内側ディフューザ５２側から貫通孔８１ａを貫通すると共に切欠部８２ａに挿通した後、押えリング８４及び皿ばね（付勢部材）８５が介装され、先端ねじ部８３ａに締結ナット８６が螺合している。ここで、締結ボルト８３は、大径部８３ｂが貫通孔８１ａを嵌合する一方、切欠部８２ａに遊嵌している。そのため、内側ディフューザ５２と第１シールハウジング７３は、第１フランジ部８１と第２フランジ部８２が皿ばね８５の付勢力により密着すると共に、締結ボルト８３の大径部８３ｂと切欠部８２ａとの間の隙間だけ、皿ばね８５の付勢力に抗して径方向と周方向に相対移動可能となる。

また、第１シールハウジング７３は、第２フランジ部８２における前面部に周方向に沿って溝部８２ｂが形成され、この溝部８２ｂにシールパッキン８７が設けられている。そのため、内側ディフューザ５２の第１フランジ部８１が第１シールハウジング７３の第２フランジ部８２に密着すると、第２フランジ部８２のシールパッキン８７が潰れて第１フランジ部８１に押圧し、内側ディフューザ５２と第１シールハウジング７３とが隙間なく連結される。

また、図２から図４に示すように、内筒６０は、前端部に径方向における内側に折曲する第４フランジ部９１が周方向に沿って設けられ、第４フランジ部９１に周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で複数の貫通孔９１ａが形成されている。また、内筒６０は、第４フランジ部９１の前面部側に凸部９１ｂが周方向に沿って形成されている。第２シールハウジング７４は、後端部に径方向における内側に折曲する第３フランジ部９２が周方向に沿って設けられ、第３フランジ部９２に周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で複数のねじ穴部９２ａが形成されている。貫通孔９１ａとねじ穴部９２ａは、周方向における同位置に形成されている。また、第２シールハウジング７４は、第３フランジ部９２の後面部側に凹部９２ｂが周方向に沿って形成されている。

内筒６０の第４フランジ部９１は、第２シールハウジング７４の第３フランジ部９２に密着し、第４フランジ部９１の各貫通孔９１ａと第３フランジ部９２の各ねじ穴部９２ａが一致している。このとき、内筒６０における第４フランジ部９１の凸部９１ｂが第２シールハウジング７４における第３フランジ部９２の凹部９２ｂに嵌合することで、内筒６０と第２シールハウジング７４とにおける径方向の位置決めがなされる。締結ボルト９３は、内筒６０側から貫通孔９１ａを貫通してねじ部９３ａがねじ穴部９２ａに螺合している。そのため、内筒６０と第２シールハウジング７４は、第４フランジ部９１と第３フランジ部９２が密着して固定されることとなる。

また、第１シールハウジング７３は、後部に周方向に沿って溝形状をなす嵌合凹部１０１が設けられている。一方、第２シールハウジング７４は、前部に周方向に沿ってフランジ形状をなす嵌合凸部１０２が設けられている。第２シールハウジング７４の嵌合凸部１０２は、第１シールハウジング７３の嵌合凹部１０１に嵌合し、各シールハウジング７３，７４は、軸方向及び周方向に沿って互いに相対移動可能に連結されている。なお、第１、第２シールハウジング７３，７４は、互いに軸方向及び周方向に沿って移動可能であることから、両者の間に径方向の微小隙間が確保されている。支持連結部７５は、この嵌合凹部１０１と嵌合凸部１０２により構成される。なお、支持連結部７５は嵌合凸部１０２と嵌合凹部１０１との組合せにより構成されるものに限られない。例えば、単に第１シールハウジング７３の内周に第２シールハウジング７４の外周が嵌めあわされるものや、その逆であってもよい。

第１シールハウジング７３は、嵌合凹部１０１の内側にフランジ部１０３が周方向に沿って設けられ、フランジ部１０３に周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で複数の貫通孔１０３ａが形成されると共に、各貫通孔１０３ａの端部に大径部１０３ｂが形成されている。第３シールハウジング１０４は、リング形状をなし、外側にフランジ部１０５が周方向に沿って設けられると共に、周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で複数の貫通孔１０４ａが形成されると共に、各貫通孔１０４ａの端部にボス部１０４ｂが形成されている。なお、第３シールハウジング１０４は、周方向に複数分割（本実施形態では、４分割）された複数のハウジングから構成され、組付性を考慮した構成としたが、周方向に一体形成された構成としてもよい。

シールパッキン（シール部材）１０６は、支持連結部７５における嵌合凹部１０１と嵌合凸部１０２との径方向における微小隙間をシールするものである。シールパッキン１０６は、リング形状をなすと共に矩形断面形状をなし、第１シールハウジング７３のフランジ部１０３と第３シールハウジング１０４のフランジ部１０５との間に介装されている。

第１シールハウジング７３のフランジ部１０３は、第３シールハウジング１０４が密着し、各貫通孔１０３ａと各貫通孔１０４ａが一致している。このとき、ボス部１０４ｂが大径部１０３ｂに嵌合することで、第１シールハウジング７３と第３シールハウジング１０４とにおける径方向及び周方向の位置決めがなされる。また、第１シールハウジング７３のフランジ部１０３と第３シールハウジング１０４のフランジ部１０５との間にシールパッキン１０６が介装されている。締結ボルト１０７は、第１シールハウジング７３側から貫通孔１０３ａ及び貫通孔１０４ａを貫通してねじ部１０７ａに締結ナット１０８が螺合している。そのため、第１シールハウジング７３のフランジ部１０３と第３シールハウジング１０４が密着して固定される。このとき、シールパッキン１０６が軸方向に潰されて径方向の外側に突出して変形することで、シールパッキン１０６が第２シールハウジング７４の内周面を押圧し、嵌合凹部１０１と嵌合凸部１０２との径方向における微小隙間がシールされる。

また、図１に示すように、シール部材６４は、ロータ３２の後端部より後方に配置されている。具体的に、シール部材６４を構成する第１シールハウジング７３の前端部は、ロータ３２の後端部より後方に配置されている。即ち、第１シールハウジング７３の前端部とロータ３２（軸受箱５４）の後端部とは、距離Ｌだけずれている。但し、第１シールハウジング７３と第２シールハウジング７４とは、支持連結部７５により軸方向に相対的に移動可能であり、少なくとも第１シールハウジング７３が後方に移動したとき、第１シールハウジング７３の前端部がロータ３２の後端部より後方に配置されていればよい。

このように構成されたガスタービン１０における内部の構造物をメンテナンスするとき、タービン車室２６の上部ケーシング、排気車室２９の上部ケーシング、排気室３０の上部ケーシング、外側ディフューザ５１の上部ケーシング、内側ディフューザ５２の上部ケーシング７１を取外して行う。但し、シール部材６４を構成する第１シールハウジング７３、第２シールハウジング７４、支持連結部７５、第３シールハウジング１０４などは取外さずにそのままとする。

ガスタービン１０にて、内部を燃焼ガス（排気ガス）Ｇが流動するとき、排気ディフューザ３１（外側ディフューザ５１と内側ディフューザ５２）や前部排気室４２（外筒５９と内筒６０）が加熱され、熱伸びが発生する。そして、この熱伸びは、各部材の軸方向、径方向、周方向に対して発生し、各サポート４１，５７やシール部材６４の支持連結部７５により吸収される。但し、発生した熱伸びにより各部材で塑性変形が発生し、ガスタービンの停止後に、塑性ひずみが残存することがある。そのため、排気ディフューザ３１と前部排気室４２で塑性ひずみ量が相違することから、かじりつきが発生するおそれがある。

ところが、本実施形態では、シール部材６４を構成する第１シールハウジング７３及び第２シールハウジング７４が周方向に一体の形状をなしていることから、締結ボルトによる連結部がない。そのため、塑性ひずみ自体の発生量が少ない上、塑性ひずみが発生したとしても真円形状が維持される。そのため、支持連結部７５にて、第１シールハウジング７３と第２シールハウジング７４とのかじりつきが生じず、円滑な軸方向移動及び周方向移動が確保される。また、第１シールハウジング７３は、各切欠部８２ａが貫通孔８１ａ（締結ボルト８３の大径部８３ｂ）より大径の円弧を有していることから、内側ディフューザ５２の上部ケーシング７１が微小変形しても、容易に取外すことができ、また、容易に取付けることができる。

更に、第１シールハウジング７３や第２シールハウジング７４を取外さなくとも、第１シールハウジング７３の前端部がロータ３２の後端部より後方に配置されているため、第１シールハウジング７３に対して、内側ディフューザ５２の上部ケーシング７１を取外した後、容易にロータ３２を上昇して取外すことができ、また、容易に下降して取付けることができる。

なお、上述の説明では、シール部材６４を構成する第１シールハウジング７３、第２シールハウジング７４、支持連結部７５、第３シールハウジング１０４などを取外さずにそのままとしたが、その一部または全部を取外してもよい。このとき、支持連結部７５にて、第１シールハウジング７３と第２シールハウジング７４との円滑な軸方向移動及び周方向移動が確保されていることから、第１シールハウジング７３と第２シールハウジング７４との分離を容易に行うことができる。

このように本実施形態のガスタービンの排気部材にあっては、円筒形状をなして周方向に複数分割される内側ディフューザ５２と、円筒形状をなして周方向に一体構成されて前端部が内側ディフューザ５２の後端部に連結される第１シールハウジング７３と、円筒形状をなして周方向に一体構成されて前端部が第１シールハウジング７３の後端部に連結される第２シールハウジング７４と、第１シールハウジング７３の後端部と第２シールハウジング７４の前端部とを軸方向に移動可能に支持する支持連結部７５とを設けている。

従って、周方向に分割される内側ディフューザ５２に周方向に一体構成される第１シールハウジング７３が連結され、この第１シールハウジング７３に周方向に一体構成される第２シールハウジング７４が支持連結部７５により軸方向に移動可能に連結されることとなる。ガスタービン１０の運転時に、内側ディフューザ５２と各シールハウジング７３，７４が内部に流動する燃焼ガスにより加熱され、軸方向及び径方向に異なる量の熱伸びが発生すると、異なる量の塑性変形が内部応力として残存するおそれがある。

しかし、各シールハウジング７３，７４は、周方向に一体構成されていることから、冷却後には元の形状に戻ることとなり、両者の連結部が嵌着することはなく、支持連結部による軸方向の円滑な移動が可能となる。そのため、内側ディフューザ５２の上部ケーシング７１を容易に取外すことができると共に、各シールハウジング７３，７４を容易に分離することができ、上部ケーシング７１の取外しと取付けを容易としてメンテナンス性の向上を図ることができる。

図７を参照しながら説明する。図７−１は、本実施形態のガスタービンの排気部材を概念的に表す概略図、図７−２は、本実施形態の排気室メンテナンス方法を概念的に表す概略図である。

本実施形態のガスタービンの排気部材では、第１シールハウジング７３の前端部は、ロータ３２の後端部より後方に配置している。この場合、第１シールハウジング７３が支持連結部７５により第２シールハウジング７４側に移動したとき、第１シールハウジング７３の前端部がロータ３２の後端部より後方に配置される（図７−１参照）。従って、内側ディフューザ５２の上部ケーシング７１を取外した後、第１シールハウジング７３が邪魔することなく、ロータ３２を容易に上方に移動して取外すことができる（図７−２参照）。また、内側ディフューザ５２の上部ケーシング７１を取外した後、ロータ３２が邪魔することなく、第１シールハウジング７３を容易に上方に移動して取外すことができる。また、支持連結部７５による各シールハウジング７３，７４の移動ストロークを考慮して第１シールハウジング７３の位置を設定しており、メンテナンス性の向上を図ることができる。

本実施形態のガスタービンの排気部材では、第２シールハウジング７４の後端部に、円筒形状をなして周方向に複数分割された前部排気室４２の内筒６０の前端部を連結している。従って、第２シールハウジング７４に対して内筒６０の上部側を取外すことで、各シールハウジング７３，７４を取外すことなく、容易に内部のメンテナンスを行うことができる。

本実施形態のガスタービンの排気部材では、支持連結部７５に第１シールハウジング７３と第２シールハウジング７４との隙間をシールするリング形状をなすシールパッキン１０６を設けている。従って、シールパッキン１０６により支持連結部７５からの燃焼ガスの漏洩を防止することができる。

本実施形態のガスタービンの排気部材では、内側ディフューザ５２の後端部にリング形状をなす第１フランジ部８１を設け、第１シールハウジング７３の前端部にリング形状をなす第２フランジ部８２を設け、第１フランジ部８１に複数の貫通孔８１ａを周方向に沿って形成し、第２フランジ部８２に径方向に沿う複数の切欠部８２ａを周方向に沿って形成し、締結ボルト８３が貫通孔８１ａに貫通すると共に切欠部８２ａに挿通し、切欠部８２ａに近接して皿ばね８５を介装し、締結ボルト８３の先端ねじ部８３ａに締結ナット８６を螺合している。

従って、内側ディフューザ５２と第１シールハウジング７３との間で、径方向における熱伸び差が発生すると、第１フランジ部８１と第２フランジ部８２が径方向にずれ、締結ボルト８３に対して径方向のせん断力が作用する。しかし、締結ボルト８３は、十分な強度を確保することができる大径部８３ｂが貫通孔８１ａに貫通していることから、この締結ボルト８３の破断を抑制することができる。即ち、内側ディフューザ５２と第１シールハウジング７３が径方向にずれたとき、せん断力が締結ボルト８３の大径部８３ｂに作用するが、締結ボルト８３は、大径部８３ｂを十分に太くすることが可能であるため、この締結ボルト８３の破断を抑制することができる。

なお、上述した実施形態にて、内筒６０を周方向に複数分割した上部ケーシング７２と下部ケーシングとから構成したが、周方向に一体形成されたリング部材により構成してもよい。

また、上述した実施形態にて、第１シールハウジング７３の第２フランジ部８２に複数の切欠部８２ａを周方向に所定間隔で形成したが、切欠部８２ａに代えて、径方向に沿う長穴や貫通孔８１ａより大径の貫通孔としてもよい。

また、上述した実施形態にて、内側ディフューザ５２の第１フランジ部８１に貫通孔８１ａを形成し、第１シールハウジング７３の第２フランジ部８２に切欠部８２ａを形成し、締結ボルト８３が内側ディフューザ５２側から貫通孔８１ａと切欠部８２ａを貫通して皿ばね（付勢部材）８５を介装し、先端ねじ部８３ａに締結ナット８６を螺合したが、この構成に限定されるものではない。例えば、内側ディフューザ５２の第１フランジ部８１に切欠部（または、長穴）を形成し、第１シールハウジング７３の第２フランジ部８２に貫通孔を形成し、締結ボルトが第１シールハウジング７３側から貫通孔と切欠部を貫通して皿ばね（付勢部材）を介装し、先端ねじ部に締結ナットを螺合してもよい。また、皿ばね（付勢部材）は、第１フランジ部８１と第２フランジ部８２の間であってもよい。

また、上述した実施形態にて、支持連結部７５として、第１シールハウジング７３に嵌合凹部１０１を設け、第２シールハウジング７４に嵌合凸部１０２を形成したが、第１シールハウジング７３に嵌合凸部を設け、第２シールハウジング７４に嵌合凹部を形成してもよい。また、支持連結部７５は、第１シールハウジング７３と第２シールハウジング７４を軸方向に移動可能に連結するものであり、嵌合凹部１０１と嵌合凸部１０２に限るものではない。

また、上述した実施形態にて、冷却される排気ディフューザ３１と冷却されない前部排気室４２とで、熱伸び量（塑性ひずみ量）が相違するとしたが、排気ディフューザ３１と前部排気室４２とで異なる材料を使用しても、両者の塑性ひずみ量が相違するため、この構成であっても、本発明は有効的である。

１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
２１ 圧縮機車室
２６ タービン車室
２７ 静翼
２８ 動翼
２９ 排気車室
３０ 排気室
３１ 排気ディフューザ
３２ ロータ（回転軸）
４２ 前部排気室
４３ 後部排気室
５１ 外側ディフューザ
５２ 内側ディフューザ（第１ケーシング）
５３ ストラットシールド
５５ ストラット
５９ 外筒
６０ 内筒（第４ケーシング）
６１ 中空ストラット
６４ シール部材
７１，７２ 上部ケーシング
７３ 第１シールハウジング（第２ケーシング）
７４ 第２シールハウジング（第３ケーシング）
７５ 支持連結部
８１ａ 貫通孔
８２ａ 切欠部
８３ 締結ボルト
８５ 皿ばね（付勢部材）
８６ 締結ナット
１０１ 嵌合凹部
１０２ 嵌合凸部
１０３ 第２シールハウジング
１０６ シールパッキン（シール部材）

Claims (6)

1. 円筒形状をなして周方向に複数分割される排気ディフューザと、
   円筒形状をなして周方向に一体構成されて軸方向における前端部が前記排気ディフューザの軸方向における後端部に連結される第１シールハウジングと、
   円筒形状をなして周方向に一体構成されて軸方向における前端部が前記第１シールハウジングの軸方向における後端部に連結される第２シールハウジングと、
   前記第１シールハウジングの後端部と前記第２シールハウジングの前端部とを軸方向に移動可能に支持する支持連結部と、
   を有することを特徴とするガスタービンの排気部材。
2. 前記第１シールハウジングの前端部は、前記排気ディフューザ内に配置される回転軸の後端部より後方に配置されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンの排気部材。
3. 円筒形状をなして周方向に複数分割されて軸方向における前端部が前記第２シールハウジングの軸方向における後端部に連結される排気室が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービンの排気部材。
4. 前記支持連結部に前記第２シールハウジングと前記第１シールハウジングとの隙間をシールするシール部材が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガスタービンの排気部材。
5. 前記排気ディフューザは、後端部にリング形状をなす第１フランジ部が設けられ、前記第１シールハウジングは、前端部にリング形状をなす第２フランジ部が設けられ、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部の一方に複数の貫通孔が周方向に沿って形成され、他方に径方向に沿う複数の長孔が周方向に沿って形成され、締結ボルトは、前記貫通孔に貫通すると共に前記長孔に挿通され、前記長孔に隣接して付勢部材が介装され、前記締結ボルトの先端ねじ部に締結ナットが螺合されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスタービンの排気部材。
6. 円筒形状をなして周方向に複数分割される排気ディフューザと、
   円筒形状をなして周方向に一体構成されて軸方向における前端部が前記排気ディフューザの軸方向における後端部に連結される第１シールハウジングと、
   円筒形状をなして周方向に一体構成されて軸方向における前端部が前記第１シールハウジングの軸方向における後端部に連結される第２シールハウジングと、
   前記第１シールハウジングの後端部と前記第２シールハウジングの前端部とを軸方向に移動可能に支持する支持連結部と、を有し、
   前記第１シールハウジングの前端部が前記排気ディフューザ内に配置される回転軸の後端部より後方に配置される排気室メンテナンス方法であって、
   前記排気ディフューザの分割部の締結を解除する工程と、
   前記排気ディフューザと前記第１シールハウジングの締結を解除する工程と、
   前記排気ディフューザの分割部を取外す工程と、
   を有することを特徴とする排気室メンテナンス方法。
   

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